公路隧道病害檢測技術(shù)分析

任 濤

重慶市交通工程質(zhì)量檢測有限責(zé)任 重慶 400067

1 公路隧道病害基本類型和成因機(jī)理分析

1.1 滲漏水

公路隧道工程是在巖石內(nèi)部修建的，無論是在施工期間還是建成使用后，會一直受到水的影響，尤其是公路隧道工程建成使用后，不僅有地下水的作用，還會受到來自地表水的沖刷，沒有做好防水工程的話，水便會滲入或流入到隧道內(nèi)部，導(dǎo)致出現(xiàn)“滲漏水”病害，嚴(yán)重危害到公路隧道整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，影響行車安全，甚至?xí)?dǎo)致出現(xiàn)坍塌問題?！皾B漏水”病害也跟襯砌滲漏有關(guān)，襯砌施工縫處的防水止漏設(shè)計(jì)不足，施工不到位，質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。另外，在進(jìn)行公路隧道工程施工之前，圍巖內(nèi)部一般是不會出現(xiàn)裂縫問題的，即使存在裂縫問題，裂縫也是處在閉合狀態(tài)中，而隨著隧道的開挖，隧道內(nèi)部會出現(xiàn)“臨空面”，圍巖的受力狀態(tài)也會隨之發(fā)生變化，從“三向”變?yōu)椤岸颉?。因此，隨著隧道工程的開挖和爆破工作的不斷深入，就會隨之出現(xiàn)越來越多的縫隙，水便會從孔隙流出，如果不及時(shí)采取措施予以應(yīng)對，便產(chǎn)生“滲漏水”病害。

1.2 凍害

“凍害”的產(chǎn)生與所在地區(qū)的氣溫有著直接的關(guān)聯(lián)，溫度變化凍融交替是導(dǎo)致出現(xiàn)“凍害”的主要原因。另外，公路隧道設(shè)計(jì)和施工過程中，沒有充分考慮到“凍害”問題，沒有做好防凍工作，造成襯砌防水能力不足，洞內(nèi)排水設(shè)施埋深不夠、治水措施不當(dāng)，會導(dǎo)致出現(xiàn)“凍害”問題，甚至是加重運(yùn)營階段隧道的“凍害”。另外，公路隧道“凍害”問題也與“凍脹土”的影響有關(guān)，在施工過程中沒有將“凍脹土”的影響充分考慮進(jìn)去，引起道路的凍害造成道路破損，影響車輛的安全通行，也降低了道路的使用壽命。

1.3 襯砌裂縫

“襯砌裂縫”是公路隧道中一種十分常見的病害類型，當(dāng)公路隧道發(fā)生“襯砌裂縫”病害時(shí)，容易導(dǎo)致既有隧道發(fā)生滲漏水。如果裂縫極為嚴(yán)重，會降低公路隧道結(jié)構(gòu)的承載力，導(dǎo)致公路隧道失穩(wěn)，甚至?xí)l(fā)坍塌等安全事故。“襯砌裂縫”的分布形態(tài)多種多樣，按照不同的分布形態(tài)一般可分為“豎向裂縫”、“縱向裂縫”“斜向裂縫”、“組合裂縫”等，針對不同形態(tài)的裂縫需要采取針對性的防治措施?！耙r砌裂縫”的成因有很多，比如有設(shè)計(jì)原因、施工原因以及材料原因等。公路隧道工程施工環(huán)境復(fù)雜，施工難度較大，必須要做好構(gòu)造設(shè)計(jì)，構(gòu)造設(shè)計(jì)合理就會導(dǎo)致水的侵入而產(chǎn)生“襯砌裂縫”，如設(shè)計(jì)人員重視對結(jié)構(gòu)受力和圍巖穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)，而忽視了構(gòu)造設(shè)計(jì)、細(xì)部設(shè)計(jì)；在隧道縱向排水管設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮單獨(dú)留出位置?；炷敛牧鲜枪匪淼拦こ淌┕ぶ械闹匾┕げ牧?，在施工過程中混凝土混合料配比不當(dāng)、混凝土施工不到位等都會影響隧道襯砌的穩(wěn)定性和可靠性，進(jìn)而出現(xiàn)“襯砌裂縫”病害。同時(shí)，公路隧道工程施工工藝要求高，施工工藝不當(dāng)也會造成“襯砌裂縫”病害的發(fā)生。

1.4 襯砌變形

當(dāng)前，在判讀公路隧道是否出現(xiàn)了“襯砌變形”病害，主要的判斷基準(zhǔn)是以凈空位移測量的變形速度為基準(zhǔn)，“襯砌變形”病害的類型多種多樣，主要有“斷面變形”、“錯(cuò)臺錯(cuò)縫”、“邊墻下沉”等。“斷面變形”是指襯砌由于受到來自外力的影響，使得襯砌的拱軸形狀發(fā)生了變化，這種“襯砌變形”類型主要以橫向變形為主；“錯(cuò)臺錯(cuò)縫”是由于受到了剪切的作用，而導(dǎo)致出現(xiàn)的一種變形。一般來說，在隧道的起拱線或施工裂縫位置有凸出錯(cuò)臺或凹進(jìn)錯(cuò)臺，在這些位置出現(xiàn)變形，主要原因是這些位置較為薄弱；“邊墻下沉”的形成是來自于多方面的影響，形成原因較為復(fù)雜，這種變形與隧道圍巖的性質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)及維護(hù)方式等都有關(guān)系，并且出現(xiàn)這種變形時(shí)，一般還會伴隨隧道底板的變形。隧道底板的隆起會使得隧道底部上升或整個(gè)結(jié)構(gòu)下沉，這就使公路隧道出現(xiàn)了變形或損壞，嚴(yán)重影響了公路隧道的穩(wěn)定性，還留下來極大的安全隱患，嚴(yán)重影響公路隧道的安全運(yùn)行。

2 公路隧道病害檢測技術(shù)

2.1 垂直反射檢測法

“垂直反射檢測法”是一種發(fā)射和接收之間的間距極小的檢測方法，在使用這種方法進(jìn)行檢測時(shí)，通過發(fā)射探頭向混凝土發(fā)射聲波，聲波在傳播的過程中，如果遇到了到坑陷、蜂窩等情況時(shí)，便會產(chǎn)生反射波，然后再返回到接收器中，其波阻抗會有明顯的區(qū)別。檢測人員可以通過對反射波振幅、相位及頻率等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，便能判斷出公路隧道是否存在病害。

2.2 回彈檢測法

“回彈檢測法”是均勻的在隧道中混凝土的側(cè)面或頂面設(shè)置一些測量點(diǎn)，然后使用專門的儀器測量隧道的回彈值。根據(jù)混凝土的抗壓強(qiáng)度和混凝土表面的測量回彈值，求出兩者之間的關(guān)系，然后根據(jù)已經(jīng)知道知的測強(qiáng)曲線換算求出隧道混凝土的當(dāng)前質(zhì)量和抗壓強(qiáng)度，便能判斷出公路隧道是否存在病害。

2.3 探地雷達(dá)檢測法

“探地雷達(dá)檢測法”是指利用高頻電磁波，從地面上將電磁波以寬頻帶短脈沖的形式發(fā)射入地下，然后通過反射傳回地面，再傳輸?shù)浇邮昭b置。電磁波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)的不同，那么波形、傳播路徑以及電磁場的強(qiáng)度也會不同，通過這種方式，將發(fā)射和接收天線沿著檢測的路徑移動(dòng)，即能獲得測量路線中介質(zhì)的雷達(dá)圖像，進(jìn)而對隧道內(nèi)的病害進(jìn)行分析、判斷。

3 公路隧道病害預(yù)防措施

3.1 注漿加固堵水

在圍巖的加固處理當(dāng)中，“注漿加固”是一種治理隧道病害的關(guān)鍵技術(shù)，主要通過加固地層，增強(qiáng)圍巖的承載力，并采用襯砌背后空洞的有效填充，確保襯砌結(jié)構(gòu)一直處于均勻受力的狀態(tài)，對于襯砌結(jié)構(gòu)的變形和損壞具有非常好的防范作用。另外，通過“注漿加固”，可以讓巖體裂縫和空隙等處于填滿狀態(tài)，從而降低地層的透水性，增強(qiáng)自支撐能力，阻擋地下水，保證襯砌結(jié)構(gòu)的安全。“注漿加固”對于圍巖中含水裂隙層和富水的破碎帶的治理效果非常明顯，不僅可以防止圍巖滲漏水、提高堵水能力，更提高了隧道圍巖的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，減弱了凍脹力對圍巖破壞的影響。當(dāng)前，“注漿加固”所使用的材料主要為化學(xué)漿料和水泥水玻璃混合漿料。

3.2 凍害預(yù)防

（1）綜合治水：“凍害”是在水和低溫的共同作用下形成的，防治“凍害”的關(guān)鍵就要做好水的治理，及時(shí)地將襯砌、圍巖和隧道中的積水排出到洞外，沒有積水即使溫度再低，也不會出現(xiàn)“凍害”病害，水治理主要包括下面兩點(diǎn)：1）對有“凍害”的地段增設(shè)或改進(jìn)防、排水設(shè)施，使襯砌后不會存在積水的情況。加強(qiáng)排水設(shè)施的防凍保溫，防止因氣溫過低而導(dǎo)致出現(xiàn)管道堵塞的問題。一般來說，常用的排水方式有“雙側(cè)保溫水溝”、“深埋滲水溝”、“防寒泄水洞”等，在應(yīng)用這些排水方式時(shí)，還要根據(jù)公路隧道工程的實(shí)際情況，對其進(jìn)行合理選擇，例如“深埋滲水溝”、適用于嚴(yán)寒地區(qū)，最冷月平均氣溫低于-15℃、當(dāng)?shù)仞ば酝羶錾钤?.5--2.5M、水量小的條件；“防寒泄水洞”適用于嚴(yán)寒地區(qū)、最冷月平均氣溫低于-25℃，當(dāng)?shù)仞ば酝羶錾畲笥?.5M、水量較大的條件；2）提高襯砌抗?jié)B抗凍能力?？梢栽诨炷涟韬衔镏屑尤胍龤鈩?，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量密閉、穩(wěn)定的小氣泡，從而使混凝土的抗?jié)B能力得到極大的提升，減少內(nèi)部含水量，進(jìn)一步增強(qiáng)混凝土抗變形的能力。（2）土壤更換、改造。在“凍害”的形成中，“凍脹土”也是重要的因素之一，對“凍害”進(jìn)行治理，可采取土壤更換、改造的方法，將“凍脹土”變?yōu)椤胺莾雒浲痢?，從而達(dá)到預(yù)防“凍害”的目的。一般來說，土壤更換是將砂黏土、粉砂、細(xì)砂更換為碎、卵石或爐渣，換土厚度為多年凍深的0.85-1倍，同時(shí)加強(qiáng)排水，防止換土區(qū)積水。土壤改造一般采用壓漿固結(jié)法來固結(jié)凍結(jié)圈內(nèi)巖土，消除凍脹性。也可以采用在“凍結(jié)圈”注入憎水性填充材料，來堵塞孔隙，阻止土中水分遷移和聚冰作用。（3）保溫防凍。這種做法就是在襯砌表面或初期支護(hù)與二次襯砌之間設(shè)置隔熱材料，使圍巖的熱量在冬季不溢出隧道襯砌，并保證隔熱材料的表面無法達(dá)到結(jié)冰溫度，以實(shí)現(xiàn)預(yù)防“凍害”的出現(xiàn)。（4）設(shè)置彈性層。彈性層具有緩沖和減弱水體結(jié)冰后對結(jié)構(gòu)變形的影響的作用，這是一直簡單、方便的“凍害”防治措施，極大地降低了“凍融”對隧道結(jié)構(gòu)的破壞。

3.3 加固錨桿

利用“錨桿”的錨固作用，把出現(xiàn)病害的襯砌與圍巖體連為一體，以實(shí)現(xiàn)對襯砌變形的抑制，防止“襯砌變形”的日益加劇。同時(shí)，在進(jìn)行“錨桿”加固過程中，有必要對襯砌的厚度進(jìn)行現(xiàn)場勘察，并確定拱背的回填深度，以保證錨桿的長度可以穿過初期支護(hù)，并繼續(xù)穿透到圍巖的內(nèi)部。另外，在設(shè)置“錨桿”時(shí)，應(yīng)先對襯砌后面的軟土進(jìn)行灌漿，確保襯砌抗壓系數(shù)滿足實(shí)際工作要求。

3.4 套襯治理技術(shù)

“套襯”就是在隧道襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，達(dá)不到原設(shè)計(jì)要求時(shí)，在原有二襯基礎(chǔ)上增加一層鋼筋混凝土襯砌，通過增加結(jié)構(gòu)安全系數(shù)，滿足原設(shè)計(jì)指標(biāo)的相關(guān)要求，能有效地阻止既有襯砌的進(jìn)一步開裂變形，同時(shí)起到防水的作用，保障公路安全運(yùn)行。公路隧道工程具有空間窄、交叉作業(yè)多等特點(diǎn)，為確保“套襯治理技術(shù)”效果，加快施工進(jìn)度，需要合理編制施工技術(shù)方案，對“套襯”的地段襯砌表面及周邊設(shè)備進(jìn)行勘測，確認(rèn)施工范圍內(nèi)有無通信、信號等設(shè)備，并進(jìn)行必要的防護(hù)或改移措施，確?！疤滓r”施工治理能夠在有限的時(shí)間內(nèi)合理組織施工、確保安全質(zhì)量，提升公路隧道病害的治理效果，保證車輛的運(yùn)行安全。

3.5 襯砌結(jié)構(gòu)的防治措施

（1）“襯砌裂縫”預(yù)防措施。對于“襯砌裂縫”病害的治理來說，大多事后采取措施對裂縫進(jìn)行修補(bǔ)、加固，這種裂縫事后處理方式雖然具有較好的治理效果，但也在一定程度上影響了公路隧道的美觀，也不利于公路隧道的整體運(yùn)行。因此，這就需要做好“襯砌裂縫”預(yù)防，積極采取有效措施，降低“襯砌裂縫”病害的出現(xiàn)。預(yù)防控制的關(guān)鍵在于在公路隧道工程設(shè)計(jì)、施工過程中，就要采取有效措施，做好襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理進(jìn)行公路隧道工程開挖施工，并加強(qiáng)施工管理，從源頭進(jìn)行“襯砌裂縫”預(yù)防，降低“襯砌裂縫”病害出現(xiàn)的可能性。（2）“襯砌裂縫”修復(fù)技術(shù)。當(dāng)已經(jīng)出現(xiàn)公路隧道“襯砌裂縫”病害時(shí)，必須積極采取修復(fù)技術(shù)予以及時(shí)處理，在應(yīng)用“襯砌裂縫”修復(fù)技術(shù)時(shí)，要根據(jù)不同的裂縫類型，合理選擇修復(fù)技術(shù)。例如對于一些細(xì)小、無危害的裂縫，可以采用噴混凝土加固的修復(fù)方式；對于一些復(fù)雜寬大，且具有一定危害性的裂縫，則需要考慮通過局部拆換或襯砌拆換的方法進(jìn)行修復(fù)治理。“襯砌裂縫”修復(fù)技術(shù)類型眾多，如“鋼帶加固”、“套拱加固”“盆混凝土加固”等，“套拱加固”方式可用于修復(fù)隧道襯砌結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)了嚴(yán)重受損、剝落掉塊的現(xiàn)象，具有極好的耐久性以及承載能力，是一種非常有效的加固方法。（3）加強(qiáng)公路隧道的檢測、預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。為了防止公路隧道各種病害的產(chǎn)生，就需要加強(qiáng)公路隧道的檢測、養(yǎng)護(hù)，需要相關(guān)人員合理“垂直反射檢測法”、“回彈檢測法”、“探地雷達(dá)檢測法”等檢測技術(shù)對公路隧道的展開有效的檢測，一旦發(fā)現(xiàn)存在病害問題，就要采取相應(yīng)的修復(fù)技術(shù)，做好病害的修復(fù)處理工作，防止病害的繼續(xù)擴(kuò)大，降低對公路隧道的運(yùn)行影響。還要根據(jù)公路隧道病害的誘發(fā)機(jī)理及其特點(diǎn)進(jìn)行合適的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作，如對標(biāo)志、標(biāo)線缺失進(jìn)行修復(fù)處理、對隧道襯砌輕微開裂進(jìn)行封閉處理、對隧道襯砌滲水進(jìn)行封堵或引排處理等一系列預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，降低公路隧道病害的發(fā)生。

結(jié)語

綜上，公路隧道病害多種多樣，有“滲漏水”、“凍害”、“襯砌裂縫”、“襯砌變形”等，嚴(yán)重危害到公路隧道的質(zhì)量，不利于公路隧道的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，這就需要加強(qiáng)對公路隧道病害基本類型和成因機(jī)理的研究，合理應(yīng)用“垂直反射檢測法”、“回彈檢測法”“探地雷達(dá)檢測法”等檢測技術(shù)，并采取針對性的措施予以預(yù)防、治理，并做好公路隧道的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作，降低公路隧道病害的發(fā)生，減小病害對于公路隧道的危害，確保公路隧道的安全通行。